10 октября 2024

Используя специальные методы нагрева, плавления и охлаждения, удалось получить материал, который сочетает в себе свойства металлов и керамики. Этот композит отличается высокой термо- и химической стойкостью, а также обладает отличной электро- и теплопроводностью, что делает его перспективным для применения в авиационной, приборной и машиностроительной отраслях. Кроме того, технология производства композита экономически выгодна для промышленного использования.

«Ранее подобные разработки в России не проводились. Учитывая низкую себестоимость боридной керамики Fe2AlB2 и высокую производительность метода СВС, новый материал может найти применение в системах магнитного охлаждения, накопления энергии и криогенной техники (ниже 120 K). Достигнутые результаты соответствуют мировым стандартам и даже превосходят зарубежные аналоги в некоторых областях, что полностью соответствует целям российской промышленности и стратегии научно-технологического развития РФ», — отметил д.т.н., проф. Евгений Левашов, заведующий кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий МИСИС и директор Научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (НУЦ СВС).

Традиционно материалы с многослойной кристаллической структурой применяются в производстве электронных компонентов, конструкционных материалов, термобарьерных покрытий, а также медицинских имплантатов и протезов. Одними из самых известных таких соединений являются МАХ-фазы, которые состоят из переходного металла (например, титана или ниобия), элемента IIIA или IVA группы (кремний, алюминий и др.), а также углерода или азота.

«МАХ-фазы обладают слоистой кристаллической структурой, где чередование слоев атомов разных элементов придаёт им высокую прочность и стойкость к механическим повреждениям. Похожую структуру имеют и материалы на основе MAB-фаз — бориды металлов. В отличие от МАХ-фаз, в MAB-фазах металл (например, молибден, хром, железо или марганец) сочетается с алюминием или цинком и бором. Эти материалы, благодаря своей нанослоистой структуре, в которой боридные блоки чередуются с монослоем или двойным слоем атомов металла, объединяют в себе лучшие качества металлов и керамики, обеспечивая высокую электро- и теплопроводность, а также устойчивость к агрессивным условиям», — пояснил к.т.н. Артём Потанин, старший научный сотрудник НУЦ СВС МИСИС-ИСМАН. 

Исследователи НИТУ МИСИС создали новый класс боридной керамики на основе MAB-фаз, используя метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Этот метод позволяет провести быструю экзотермическую реакцию между порошковыми компонентами, в результате которой образуются твёрдые конечные продукты. Учёные получили компактные образцы керамики системы железо-алюминий-бор (Fe2AlB2) с уникальной слоистой структурой. Этот материал может изменять температуру под воздействием магнитного поля и обладает высокой твёрдостью и прочностью на изгиб, что связано с низкой остаточной пористостью и мелкозернистой структурой. Результаты исследований MAB-фазы Fe2AlB2 были опубликованы в журналах Ceramics International (Q1) и Materialia (Q2).

Материалы на основе MAB-фаз могут использоваться в качестве термобарьерных покрытий в высокотемпературных условиях, защищая поверхности от теплового удара и окисления, а также в качестве катализаторов для синтеза аммиака, поглотителей нейтронов в ядерных реакторах и для подавления высокочастотных волн в электротехнических устройствах.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 21–79–10103).

Источник : Пресс-служба НИТУ МИСИС